1.2 可见光通信的发展历史

基于白光LED的可见光通信技术，能够以较低的成本同时实现照明与通信两大功能，适用于各种接入场景，无电磁干扰，绿色环保。由于VLC技术的这些优点，其一问世就很快获得了世界各国的关注和支持，从诞生至今的短短十几年间，VLC技术得到迅猛发展，取得了一个又一个突破性的进展。

日本研究者首先提出了VLC的概念。早在2000年，日本研究者就提出并仿真了利用LED照明灯作为通信基站进行信息无线传输的室内通信系统。至此之后，日本的研究者看到了VLC的发展前景，投入了大量精力进行研究。2009年，中川实验室提出了一种基于载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）的全双工多址接入的可见光通信系统，实现了100Mbit/s的高速通信。为了实现可见光通信的实用化，可见光通信联盟（VLCC）于2003年在日本成立，并迅速成为国际性组织。目前，日本的VLC技术已经从系统传输研究走向了实际应用研究，已经提出了VLC技术在广告牌、灯塔、定位、智能交通系统等多方面的应用。2008年，在日本九十九里海滩进行了利用灯塔上的LED作为发射机、图像传感器作为接收机的可见光通信实验，实现了可见光通信最远传输距离2000 m，传输速率1022 bit/s。2009年，VLCC展出了应用VLC技术的数字广告牌样品，该广告牌利用其背光LED传输数据，使用者可以根据需要下载信息。2010年，VLCC与日本交通管理技术协会进行了以图像传感器作为接收机、利用LED交通信号灯作为发射机的可见光通信实验，并取得了成功，传输速率4800 kbit/s，距离300 m。2012年，庆应义塾大学的研究者提出了针对视障者的语音辅助系统，使用智能手机检测用户的位置信息并引导用户。日本在基于VLC技术的产品开发方面也已经迈出了研究步伐。2012年，卡西欧开发出了一款新的苹果应用程序“Picapicamera”，利用可见光技术就可在用户之间即时分享拍摄的照片。

虽然可见光技术的发源地在日本，美国、欧盟的起步相对较晚，但是美国和欧盟的研究者们也不甘落后。由于政府的重视，研究资金充裕，现已取得了许多优异的成绩。2008年，欧盟开展OMEGA项目，发展1 Gbit/s以上的超高速家庭接入网研究，VLC技术是研究焦点之一。搭建的测试网络理论速度为1.25 Gbit/s，最高传输速度为300Mbit/s。2008年，美国国家科学基金会资助开展“智能照明通信（SLC）”项目，主要为VLC技术研究。2011年，德国、挪威、以色列与美国等共同成立Li-Fi联盟，进行航天系统中的连网研究，利用VLC技术实现飞行时的无线网络环境。2012年，在英国工程与自然研究理事会（EPSRC）的资助下，英国、美国的科学家开展“超并行可见光通信（UP-VLC）”项目，探索自由空间和空间复用导波VLC的实施方案。柏林的研究机构海因里希赫兹研究所与西门子合作进行高速VLC技术研究，2012年利用DMT离散多音调技术，采用RGB-LED的发射机、基于正—本征—负（PIN）的接收机，实现了单信道806Mbit/s（红光信道）的传输速率。

日本、欧盟、美国关于VLC技术的研究最多，其他国家，如韩国、意大利等，也有一定的研究。韩国三星通过与牛津大学合作，进行了一些VLC实验，2009年，采用后均衡技术实现了100Mbit/s不归零码（NRZ）的传输速率；2012年，意大利的圣安娜高等研究学院采用波分复用（WDM）和DMT技术，以APD（雪崩光电二极管）作为接收机，实现了VLC系统1.5 Gbit/s的单信道传输和3.4 Gbit/s的多信道传输。

在国内关于VLC技术的研究也越来越受到关注，但研究的地区差异较明显。中国台湾地区关于VLC技术的研究较多，水平也比较先进。2012年，中国台湾交通大学进行了VLC传输实验，采用了无载波幅度和相位调制（CAP）技术，以PIN作为接收机，实现了1.1 Gbit/s的传输速率；2013年，通过使用WDM技术，以PIN作为接收机，又实现了3.22 Gbit/s的传输速率。中国大陆地区关于VLC技术的研究较少，已经明显落后于国际水平。北京邮电大学、南京邮电大学、复旦大学、东南大学、中国科学院半导体所等都在开展相关研究，正在努力追赶国际步伐，并取得了一定的成就。

我们对近年来VLC的突破性传输实验做了全面统计，见表1-2。VLC技术在短短十几年间迅猛发展，传输速率不断提升，从几十Mbit/s到500Mbit/s，再到800Mbit/s，现在已经突破Gbit/s，实现更高速率的通信也已经近在眼前；从离线到实时，从低阶调制到高阶调制，从点对点到多输入多输出（MIMO），技术上也一日千里；VLC技术被《时代周刊》评为2011年全球五十大科技发明之一。由此可见，当今VLC技术的研究正在经历一个新概念、新技术层出不穷的极为活跃的发展期。我们也有理由相信，VLC作为一种照明和光通信结合的新型模式，推动着下一代照明和接入网的发展和技术进步，已经成为国际竞争的焦点和制高点。

表1-2 VLC系统实验传输速率总结